Research on hydrodynamics model test for deepsea open-framed remotely operated vehicle

This paper presents the features of newly designed hydrodynamics test for the scaled model of 4500 m deepsea open-framed remotely operated vehicle(ROV),which is being researched and developed by Shanghai Jiao Tong University.Accurate hydrodynamics coefficients measurement and spatial modeling of ROV are significant for the maneuverability and control algorithm.The scaled model of ROV was constructed by 1:1.6.Hydrodynamics coefficients were measured through VPMM and LAHPMM towing test.And dynamics model was derived as a set of equations, describing nonlinear and coupled 5-DOF spatial motions.Rotation control motion was simulated to verify spatial model proposed.Research and application of hydrodynamics coefficients are expected to enable ROV to overcome uncertainty and disturbances of deepsea environment,and accomplish some more challengeable and practical missions.     

潜器在冲击载荷下的运动和控制研究

潜器在水下发射火箭时会产生复杂的运动变化,对其研究很有实际意义。参照格特勒运动方程,建立潜器运动的非线性数学模型。导入实验模型的参数,对其六自由度基本运动进行了仿真,并与水池实验结果相比较,验证了仿真模型的有效性。导入发射火箭时潜器受到的完整载荷,计算分析了不同航速下潜器的运动响应和运动控制。结果表明,发射载荷对潜器运动将产生较长时间的显著影响,包括速度损失、升沉运动和纵倾角振荡。航速越小,运动变化越大,恢复所需时间越长,控制越困难。     

水下滑翔机三维定常运动建模与分析

针对水下滑翔机运动过程中的特点,水下滑翔机实际运动过程可以分为定常运动段和非定常运动段,对自设计的水下滑翔机原理样机建立了基于单刚体六自由度的定常运动段的数学模型并进行了数值仿真,在此基础上分别对水下滑翔机运动过程中的两种定常运动—直线定常运动和螺旋定常运动进行了分析。结论显示在直线定常运动中俯仰角和攻角随平移质量块位置的增大先变化迅速后变化缓慢。滑翔角随平移质量块位置的增大近似呈线性增大的关系。在螺旋定常运动中通过模型仿真得到螺旋运动特征参数(螺旋半径、螺旋线螺距、螺旋时间周期、速度)和状态参数(滑翔角、翻滚角、各方向速度分量、各方向角速度分量),根据最小二乘法拟合得到它们之间的关系,从而说明了螺旋运动状态是如何通过调整平移质量块移动距离,旋转质量块旋转角度和净重力等控制量而变化的。     

水下物体在波浪力作用下的运动计算

本文通过对水下物体在波浪力作用下所受的力的分析，运用流体力学和波浪理论的基本知识，建立了物体的运动方程，并借助于数值计算的方法对运动方程进行求解，从而得出物体在波浪力作用下的运动特性，为水下机器人的吊放回收提供了理论依据。     

潜艇操纵控制方法的现状与发展

在大量相关文献的基础上,对潜艇空间机动中出现的非线性、两平面运动间的强耦合、参数的时变特性以及近水面时的定深控制等潜艇操纵控制的难点问题及其处理方法进行了分析、探讨和综述。     

基于层次模型定量推理机制的潜水器故障诊断系统设计

基于智能信息处理故障诊断方法,描述和分析了用于潜水器一类的复杂动态系统。通过引入概率信息的方法对其推理机制进行量化,实现了诊断结果的精确度量以及诊断过程的精确控制;针对系统不同层次间的检测和诊断进程建立了信息交换和综合设计方法,提高了各模块的检诊能力和检诊效率,可以从总体上提高处理复杂故障情况的水平。     

潜水器控制系统层次故障诊断模型设计

在潜水器控制系统的基础上,按照结构、功能和组件的关系,为潜水器控制系统进行故障诊断建模。依据基于模型的层次故障诊断技术,建立了适用于潜水器控制系统故障诊断的具体诊断和推理策略,开发了故障诊断软件系统,描述了故障诊断具体过程,并利用数字仿真验证系统设计的有效性。     

全姿态水下移动平台模式切换姿态控制研究

为了适应复杂海洋环境中多样性的观探测任务需求,本文提出了一种融合Argo浮标、水下滑翔机（Glider）和自治式水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV） 3种工作模式的全姿态水下移动平台（All-attitude Multimode Underwater Vehicle,AMUV）。首先,基于3种水下移动平台的工作原理,建立了AMUV的六自由度动力学模型;然后,针对动力学模型中的非线性耦合特性及模式切换过程中的驱动位形变化等问题,基于比例、积分、微分控制器（Proportional Integral Derivative,PID）与模糊控制概念,设计了不依赖于数学模型的自适应模糊PID姿态控制器,实现了AMUV多模式切换过程中的姿态控制;最后,开展多模式切换控制仿真实验,将自适应模糊PID控制器与传统PID控制器仿真结果进行对比,并设计了全模式任务工况,仿真结果表明,本文提出的控制器能够精确和稳定地控制AMUV进行多种工作模式的相互切换。     

大深度剖面式潜水器浮力驱动系统研究

本文提出一种新型的高压浮力驱动系统,具有体积小、重量轻、调节体积大、调节精度高和能耗低等优点,能够改善目前剖面式潜水器浮力调节系统的工作性能。文中首先介绍了剖面式潜水器浮力驱动系统的研究现状,分析总结了目前浮力驱动系统的优势和不足;然后基于深海机动浮标,考虑海水密度变化和耐压壳体压缩量的影响,系统阐述了新型浮力驱动系统的工作原理、设计过程和关键技术等核心问题;最后,对浮力驱动系统的工作过程进行系统的测试/试验,通过分析结果得到该浮力驱动系统具有较好的工作性能的结论。本文设计和研制的浮力驱动系统为独立的工作单元,模块化度高、性能强劲,能够在一定程度上推进我国大深度剖面式潜水器的发展。     

水下生产系统在海洋石油开发中的应用

水下生产系统是一种将全部或部分油气集输设备放置于海底，低成本开发海洋石油的先进方法。对这一方法的研究在我国仅是近几年的事情。本文根据我国海洋油田的具体情况，提出了多种开发边际油田的方案，可供设计、生产部门参考。